CN117925745A - 一种制备Atpenin A5的方法 - Google Patents

一种制备Atpenin A5的方法 Download PDF

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朱进伟
石磊
郑玲辉
彭湘屏
张敏
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Abstract

本发明提供了一种制备Atpenin A5的方法,包括以下步骤,步骤1:用青霉菌通过发酵获得发酵液;步骤2:将发酵液固液分离后,得到的菌渣,随后用溶剂浸提得到浸提液并浓缩至膏状;步骤3:将膏状物经过硅胶层析柱分离后得到包含Atpenin A5的溶液a;步骤4:使用溶液a结晶得到Atpenin A5成品。本方法尤其适用于青霉菌(Penicillium sp.)CGMCCNO.23056。本发明制备Atpenin A5的方法具有的有益效果为:工艺路径少,生产周期短,成本低;污染少;得到的Atpenin A5纯度、产率高。

Description

一种制备Atpenin A5的方法
相关申请的交叉引用
本申请通过引用的方式将申请号为CN202210743649.7的申请文本全文并入本文。
技术领域
本发明涉及发酵液纯化技术领域,具体涉及一种制备Atpenin A5的方法。
背景技术
Atpenin A5是一种有效的复合物II(琥珀酸-泛醌氧化还原酶)抑制剂,复合物II是线粒体电子传递链上重要功能复合物,已经成为农用杀菌剂方面的关键靶标,该类杀菌剂在植物病原真菌保护中发挥着重要的作用。基于复合物II的呼吸系统抑制剂被广泛用于世界范围内的真菌病害,该类抑制剂通过与复合物II的泛醌还原位点结合而抑制真菌的呼吸,作用方式独特,与其他类别的杀菌剂如苯并咪唑类、strobilurins类、氨基吡啶类均无交互抗性,因此成为改善杀菌剂抗性和提高病害控制的优秀候选品种。
1988年,由日本Kitasato公司从土壤中分离得到的一株菌株Penicillium sp.FO-125的代谢产物中分离获得。Atpenin A5是一种胞内脂溶性抗真菌类抗生素,在筛选脂代谢微生物抑制剂的过程中,Hidetoshi Kumagai等发现了从青霉菌FO-125的培养液中分离到一系列抗真菌抗生素atpenins,包含三种有效组分,A4,A5和B,他们都具有抗真菌活性,尤其是对Trichophyton sp.真菌的抑制能力最强,其中又以Atpenin A5的抗真菌活性最强。
Masaki Ohtaw等在《Enantioselective total synthesis of atpenin A5》中报道了Atpenin A5具有比较出众的活性,对其进行了全合成研究,也完成了合成产物的结构确证。但化学合成存在反应步骤长,收率低,对安全性要求高,且成本方面也没有明显优势。Satoshi Omura等在《ATPENINS,NEW ANTIFUNGAL ANTIBIOTICS PRODUCED BY PENICILLIUMSP.》中报道Atpenin A5的产量为1-3mg/L。
结合现有技术的情况,目前缺少一种Atpenin A5产量高、工艺简单、产物纯度高的生产方法。
发明内容
为了克服上述问题,本发明提供了一种制备Atpenin A5的方法,包括以下步骤,
步骤1:用青霉菌通过发酵获得发酵液;
步骤2:将发酵液固液分离后,得到的菌渣,随后用溶剂浸提得到浸提液并浓缩至膏状;
步骤3:将膏状物至少经过硅胶层析柱分离后得到包含Atpenin A5的溶液a;
步骤4:使用溶液a结晶得到Atpenin A5成品。
优选地,使用的青霉菌为:青霉菌(Penicillium sp.)HDCC00055,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),保藏编号为CGMCC NO.23056,保藏日期为2021年07月26日。
优选地,发酵液经过板框或陶瓷膜过滤后得到的菌渣。
优选地,发酵液经过板框过滤后得到的菌渣。
优选地,步骤2中,浸提菌渣的溶剂选自丙醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、氯仿、乙醇、乙酸乙酯、甲醇、丙酮、乙腈、乙酸、正己烷中的一种或多种。
优选地,使用正己烷浸提菌渣。
优选地,浸提的溶剂的体积与菌渣的质量比为1~5:1。优选地,为2:1或3:1或4:1或5:1。更优选地为4:1。
优选地,硅胶层析中的硅胶为100-200目硅胶。品牌优选自青岛海洋,青岛邦凯,青岛硕远。
优选地,步骤3中,将膏状物经过硅胶层析柱分离后,再经过至少1次液相色谱分离得到包含Atpenin A5的溶液a。
优选地,步骤3中,将膏状物经过硅胶层析柱分离后得到溶液a1,溶液a1浓缩至干后配成上柱液,经过液相色谱分离得到溶液a2;溶液a2在经过浓缩后配成上柱液,经过第2次液相色谱分离得到包含Atpenin A5的溶液a;
优选地,步骤3的硅胶层析过程中,将正己烷与乙酸乙酯混合作为流动相a进行洗脱。优选地,正己烷与乙酸乙酯以10L:1L比例混合。
优选地,用流动相a以1BV/h流速洗脱硅胶柱。
优选地,在用流动相a洗脱硅胶柱前,先用正己烷平衡硅胶柱。优选地,用正己烷以1BV/h流速平衡硅胶柱2BV。
优选地,将硅胶层析中,Atpenin A5色谱纯度>60%的组分合并得到溶液a1。
优选地,溶液a1浓缩至干后加入乙腈溶解配制成上柱液。优选地,配制成10g/L的上柱液。
优选地,将溶液a2浓缩至有固体析出后加入溶剂a萃取并分液,将溶剂a部分的萃取液浓缩至干后再加入乙腈配成上柱液。优选地,配制成10g/L的上柱液。
优选地,液相色谱分离中,用乙腈和水混合作为流动相b进行洗脱。优选地,乙腈和水以5L:5L混合作为流动相b。优选地,以50ml/min进行洗脱。优选地,用量为10BV。
优选地,使用乙腈与水的混合液平衡色谱柱。优选地,乙腈与水的体积比为5L:5L。优选地,以0.1BV/min的流速平衡柱子2BV。
优选地,使用DAC50制备柱。
优选地,使用华谱C18填料。
优选地,第1次色谱分离中,收集色谱纯度>85%的组分,合并得到溶液a2;
优选地,第2次色谱分离中,收集色谱纯度>95%的组分,合并得到溶液a。
优选地,溶液a浓缩至固体析出后加入溶剂a进行分液萃取,分离含有Atpenin A5萃取剂后浓缩至干得到固体,随后加入溶剂b结晶后得到Atpenin A5成品。
优选地,溶剂a选自四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、丙酮、正己烷中的一种或多种。优选地,为正己烷。
优选地,溶剂b选自四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、丙酮、正己烷中的一种或多种。优选地,为乙酸乙酯。
优选地,分离含有Atpenin A5萃取剂后浓缩至干得到的固体用溶剂a溶解后再加入溶剂b,随后结晶得到Atpenin A5成品。
优选地,固体溶于溶剂a后的浓度为100~300g/L,随后以体积比的方式,加入5倍于溶剂a的溶剂b,随后结晶得到Atpenin A5成品。
优选地,固体溶于溶剂a后的浓度为200g/L
优选地,结晶温度为0~10℃。优选地,结晶温度为5℃。
优选地,结晶时间不低于1h。优选地,结晶时间不低于3h。优选地,结晶时间不低于6h。优选地,结晶时间不低于9h。优选地,结晶时间不低于12h。
本发明还提供了一种将所述方法得到的Atpenin A5用于制备抗菌药物的用途。
有益效果;
1、本发明制备Atpenin A5的方法采用的青霉菌(Penicillium sp.)的发酵效价高;
2、本发明制备Atpenin A5的方法,工艺路径少,生产周期短,成本低;
3、本发明制备Atpenin A5的方法,污染少;
4、本发明制备得到的Atpenin A5纯度、产率高;
5、在相同发酵体积下,本发明提供的方法能够得到更多的Atpenin A5终产品。
附图说明
图1为发酵液经过提纯并结晶后,产物的HPLC谱图。
具体实施方式
下述实施例中所用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中采用的材料、试剂等如无特殊说明,皆为普通市售品,皆可于市场购得。
下面将通过实施例对本发明作进一步的描述,这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解,对本发明内容所作的等同替换,或相应的改进,仍属于本发明的保护范围之内。
本发明中使用的菌种为青霉菌(Penicillium sp.)HDCC00055,具体的筛选、鉴定、培养等信息见本申请人之前的中国申请,申请号为:CN202210743649.7,以下仅示例性地描述。
HDCC00055菌种的原始菌种提取自我国安徽安庆菱湖景区的土壤样品,原始菌种经NTG诱变筛选后获得青霉菌(Penicillium sp.)HDCC00055,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),保藏编号为CGMCC NO.23056,保藏日期为2021年07月26日。
形态学检查
取HDCC00055菌种甘油管,稀释涂布于PDA平板,置于25℃培养3天,菌落正圆形,边缘整齐,中心孢子丰满,表面呈墨绿色,边缘为白色气生菌丝、微凸,反面浅黄色,无渗出液,无可溶性色素。显微镜下观察,该菌种菌丝粗、网状、顶端产生多细胞的分生孢子梗,分生孢子呈现扫帚状,染色较好。pH试验结果表明该菌种最适生长pH范围为4.0~6.0,温度试验结果表明最适生长温度范围为23~28℃。
菌种鉴定
HDCC00055菌种的18S rDNA序列分析参照《分子克隆实验指南》书中的有关内容进行实验。收集菌体,然后用真菌DNA提取试剂盒抽提总DNA。
利用通用引物进行PCR扩增(美国BioRad公司,PTC200扩增仪),用0.9%的琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物,纯化回收采用AxyPrep凝胶回收试剂盒,纯化后的产物进行18SrDNA序列测定。
通用引物序列如下:
NS1 GTAGTCATATGCTTGTCTC
NS6 GCATCACAGACCTGTTATTGCCTC
菌株HDCC00055所测得到的18S rDNA序列与GenBank数据库中相关种、属的序列进行同源序列BLAST比较,最终确定该菌株为青霉菌(Penicillium sp.)。
实施例1Atpenin A550L罐发酵制备
取HDCC00055菌株甘油管,划线法接种PDA斜面,置于25℃培养3-5天,获得斜面孢子,用接种铲刮取少量孢子,接种到液体种子培养基,置于27℃培养40h,获得一级摇瓶种子液。一级摇瓶种子液以0.05%的比例接种到装有10L液体培养基的种子罐中,设定温度27℃,罐压0.05Mpa,空气流量1vvm,初始搅拌100rpm,搅拌联动控制溶氧≥40%,培养周期30h,二级种子液pH达到2.5~4.0之间移种。二级种子液以10%的比例接种到装有30L液体发酵培养基的发酵罐中,设定温度26℃,罐压0.05Mpa,空气流量1vvm,初始搅拌100rpm,待溶氧下降到20%以下,开启搅拌联动,控制溶氧≥10%。发酵24h以后用碱水控制pH,使之维持在5.0~6.0之间。发酵24h后每天取样检测效价,具体方法为发酵液1ml,用无水乙醇浸泡,离心过滤后进行HPLC检测。最终,发酵液中Atpenin A5的效价达到418mg/L。
种子培养基组成为:葡萄糖4%,硫酸铵1.0%,磷酸二氢钾0.1%,硫酸镁0.1%,pH6.0。
发酵培养基组成为:葡萄糖2%,山梨醇6%,玉米淀粉2%,酵母浸粉1%,蛋白胨2%,磷酸二氢钾0.5%,硫酸镁0.2%,氯化钾0.15%,氯化钙0.15%,pH为6.0。
实施例2提取纯化Atpenin A5
板框过滤:接收发酵液,记录体积5L,效价415mg/L;将发酵液用物料泵,泵入板框内进行过滤;过滤结束后,用自来水顶洗板框滤饼;顶洗结束后,用空气将滤饼吹干至无液体流出;气吹结束后,拆卸板框,收集板框滤饼并称重750克。
有机溶剂浸提:滤饼用3L体积的正己烷浸泡、搅拌60min后过滤;过滤结束后,用150mL体积的正己烷顶洗滤饼,得滤液;在40℃±2℃下,减压真空浓缩至不再滴出液体,得到油状物。
正相硅胶:将硅胶与浓缩后油状物拌匀后装柱,挥发干后用正己烷以1BV/h流速平衡硅胶柱2BV,用流动相(正己烷10L:乙酸乙酯1L)以1BV/h流速洗脱至结束样单位低于10μg/mL,合并Atpenin A5色谱纯度>60%的组分;再浓缩至干形成粗品。加入乙腈溶解配制成10g/L的上柱液,用于后续色谱分离。
一次高压制备:使用DAC50制备柱,填料使用华谱C18填料,装柱完成后,使用乙腈:水=(5L:5L)平衡柱子2BV,流速为0.1BV/min;再按1g/L(1克粗品/1L填料)上柱,随后使用乙腈:水=(5L:5L)以50ml/min进行洗脱,用量为10BV,根据液相结果合并色谱纯度>85%的组分。
浓缩萃取:在40±2℃温度下,减压真空浓缩至白色固体析出;加入正己烷后搅拌0.5小时,静置分液;在40℃温度下,减压真空浓缩至干;加入乙腈溶解配制成10g/L的二次高压制备上柱液。
二次高压制备:使用DAC50制备柱,填料使用华谱C18填料,装柱完成后,使用乙腈:水=(5L:5L)平衡柱子2BV,流速为0.1BV/min;再按1g/L上柱,随后使用乙腈:水=(5L:5L)以50ml/min进行洗脱,用量为10BV,根据液相结果合并色谱纯度>95%的组分。
浓缩结晶:在40±2℃温度下,减压真空浓缩至白色固体析出;加入650mL正己烷后搅拌0.5小时,静置分液;在40℃温度下,将分液得到的正己烷部分减压真空浓缩至干;加入5mL正己烷溶解配制成200g/L的结晶前液,再向溶液中滴加25mL体积的乙酸乙酯,放置于5℃条件下搅拌结晶6-12h,过滤,烘干得到成品。色谱纯度最高能达到97.3%,收率为46.2%。
实施例3提取纯化Atpenin A5
陶瓷膜过滤:接收发酵液,记录体积5L,效价413mg/L;将发酵液用物料泵,泵入陶瓷膜内进行过滤,加入25L体积的乙醇浸泡,循环透出,收集滤液25L;在40℃±2℃下,减压真空浓缩至不再滴出液体,得到油状物。再加入10L正己烷搅拌萃取,收集正己烷相,再在40℃±2℃下,减压真空浓缩至不再滴出液体,得到油状物。
正相硅胶:将青岛邦凯硅胶用正己烷匀浆后装于玻璃层析柱中进行湿法装柱;将硅胶与浓缩后油状物拌匀后,挥发干后用正己烷以1BV/h流速平衡硅胶柱2BV,用流动相(正己烷10L:乙酸乙酯1L)以1BV/h流速洗脱至结束样单位低于10μg/mL,合并Atpenin A5色谱纯度>60%的组分,再浓缩至干。加入乙腈溶解配制成10g/L的上柱液,用于后续色谱分离。
一次高压制备:使用DAC50制备柱,填料使用华谱C18填料,装柱完成后,使用乙腈:水=(5L:5L)平衡柱子2BV,流速为0.1BV/min;再按1g/L(1克Atpenin A5/1L填料)上柱,随后使用乙腈:水=(5L:5L)以50ml/min进行洗脱,用量为10BV,根据液相结果合并色谱纯度>85%的组分。
浓缩萃取:在40±2℃温度下,减压真空浓缩至白色固体析出;加入正己烷后搅拌0.5小时,静置分液;在40℃温度下,减压真空浓缩至干;加入乙腈溶解配制成10g/L的二次高压制备上柱液。
二次高压制备:使用DAC50制备柱,填料使用华谱C18填料,装柱完成后,使用乙腈:水=(5L:5L)平衡柱子2BV,流速为0.1BV/min;再按1g/L(1克Atpenin A5/1L填料)上柱,随后使用乙腈:水=(5L:5L)以50ml/min进行洗脱,用量为10BV,根据液相结果合并色谱纯度>95%的组分。
浓缩结晶:在40±2℃温度下,减压真空浓缩至白色固体析出;加入650mL正己烷后搅拌0.5小时,静置分液;在40℃温度下,将分液得到的正己烷部分减压真空浓缩至干;加入5mL正己烷溶解配制成200g/L的结晶前液,再向溶液中滴加25mL体积的乙酸乙酯,放置于5℃条件下搅拌结晶6-12h,过滤,烘干得到成品。色谱纯度最高能达到97.2%,收率为46.1%。

Claims (10)

1.一种制备Atpenin A5的方法,其特征在于:
包括以下步骤,
步骤1:用青霉菌通过发酵获得发酵液;
步骤2:将发酵液固液分离后,得到的菌渣,随后用溶剂浸提得到浸提液并浓缩至膏状;
步骤3:将膏状物至少经过硅胶层析柱分离后得到包含Atpenin A5的溶液a;
步骤4:使用溶液a结晶得到Atpenin A5成品。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
使用的青霉菌为:青霉菌(Penicillium sp.)HDCC00055,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),保藏编号为CGMCC NO.23056,保藏日期为2021年07月26日。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:
步骤3中,将膏状物经过硅胶层析柱分离后,再经过至少1次液相色谱分离得到包含Atpenin A5的溶液a。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:
步骤3中,将膏状物经过硅胶层析柱分离后得到溶液a1,溶液a1浓缩至干后配成上柱液,经过液相色谱分离得到溶液a2;溶液a2在经过浓缩后配成上柱液,经过第2次液相色谱分离得到包含Atpenin A5的溶液a。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
步骤3的硅胶层析过程中,将正己烷与乙酸乙酯混合作为流动相a进行洗脱。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
液相色谱分离中,用乙腈和水混合作为流动相b进行洗脱。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:
将硅胶层析中,Atpenin A5色谱纯度>60%的组分合并得到溶液a1;
第1次色谱分离中,收集色谱纯度>85%的组分,合并得到溶液a2;
第2次色谱分离中,收集色谱纯度>95%的组分,合并得到溶液a。
8.根据权利要求1~7任一所述的方法,其特征在于:
步骤2中,浸提菌渣的溶剂选自丙醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、氯仿、乙醇、乙酸乙酯、甲醇、丙酮、乙腈、乙酸、正己烷中的一种或多种。
9.根据权利要求1~7任一所述的方法,其特征在于:
溶液a浓缩至固体析出后加入萃取剂进行分液萃取,分离含有Atpenin A5萃取剂后浓缩至干得到固体,随后加入溶剂结晶后得到Atpenin A5成品。
10.一种将权利要求1~9任一所述方法得到的Atpenin A5用于制备抗菌药物的用途。
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